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이종강종을 사용한 고강도 CFT 합성부재의 구조성능
Structural Performance of High-Strength Concrete-Filled Steel Tube Steel Columns using Different Strength Steels 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.24 no.6 = no.121, 2012년, pp.711 - 723  

최인락 (포항산업과학연구원, 강구조연구소) ,  정경수 (포항산업과학연구원, 강구조연구소) ,  김진호 (포항산업과학연구원, 강구조연구소) ,  홍건호 (호서대학교, 건축공학과)

초록
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플랜지와 웨브에 서로 강도가 다른 이종강재를 사용한 CFT 합성구조의 거동특성을 파악하기 위하여, 플랜지는 건축용 800MPa급 강재인 HSA800, 웨브에는 일반강도 강재인 SM490 강재를 사용하여 실험연구를 수행하였다. 주요실험 변수는 강관의 강도 조합, 충전된 콘크리트의 강도, 콘크리트 충전효과이다. 이종강재간의 용접접합부는 낮은강도 강재에 적합한 용접부를 사용하여 접합부 성능을 검증하였다. 실험체의 거동특성을 평가하기 위해 편심압축 실험을 수행하였으며, 현행 설계기준들에 따른 예측결과와 비교하였다. 플랜지에 고강도 강재를 적용함에 따라 단면의 축강도 및 휨모멘트강도가 증가하였으며, 부재 강도를 충분히 발현한 이후 용접부에서 파괴가 일어났다. 실험결과 현행 설계기준을 적용하여 합성단면의 축력-모멘트 상관관계 및 유효휨강성을 안전측으로 예측 가능하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Structural tests were performed to investigate the structural performance of concrete-filled steel tube column using different strength steels in their flange and web with high-strength steel HSA800 and mild steel SM490, respectively. The test parameters included the strength of column flange and in...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 인장강도 800MPa급 고강도강재와 490MPa급 일반강재를 사용한 직사각형 형태의 CFT 구조의 거동특성을 파악하기 위하여 실험연구를 실시하였다. 이종강재의 용접접합부 성능을 검증하기 위하여 용접부 성능평가를 수행하였으며, 합성부재의 구조 성능을 평가하기 위한 편심압축 실험을 수행하였다.

가설 설정

  • 기둥 중앙부 양쪽 강재플랜지에 3개씩 설치한 스트레인게이지로부터 측정된 변형률을 이용하여 기둥 중앙부에서의 곡률 φm을 계산하였다. 여기서, 단면의 평면유지와 선형의 변형률 분포를 가정하였다. 단면의 휨모멘트는 축력과 편심거리의 곱으로 산정하였으며, 이때 기둥 중앙부 편심거리는 식 (1)과 같이 초기편심거리 e와 부재 중앙부에서 발생한 횡변형 ∆m의 합으로 계산하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고강도 재료를 적용한 합성구조로 주로 무엇이 사용되는가? 이러한 대형 부재의 단면적을 줄이고 사용면적을 확보하기 위하여 고강도 강재와 고강도 콘크리트의 사용하는 방안과 이 두 재료의 합성작용을 통해 재료의 성능을 극대화 할 수 있는 방안으로 합성구조의 적용이 증가하고 있다. 이러한 고강도 재료를 적용한 합성구조로 철골철근콘크리트(SRC: Steel and Reinforced Concrete) 기둥과 콘크리트충전강관 기둥(CFT: Concrete-Filled Steel Tube Column)이 주로 사용되고 있다. 이중 콘크리트 충전강관(CFT) 구조는 외부 강관에 의한 구속효과로 콘크리트의 극한압축변형률을 증가시키고, 충전 콘크리트로 인해 강관의 좌굴강도가 증가하기 때문에 600MPa 이상의 고강도 강재를 사용하는 경우에도 강재의 강도를 충분히 활용 가능하여 우수한 구조성능을 나타낼 수 있다[1].
콘크리트충전강관 기둥의 특징은 무엇인가? 이러한 고강도 재료를 적용한 합성구조로 철골철근콘크리트(SRC: Steel and Reinforced Concrete) 기둥과 콘크리트충전강관 기둥(CFT: Concrete-Filled Steel Tube Column)이 주로 사용되고 있다. 이중 콘크리트 충전강관(CFT) 구조는 외부 강관에 의한 구속효과로 콘크리트의 극한압축변형률을 증가시키고, 충전 콘크리트로 인해 강관의 좌굴강도가 증가하기 때문에 600MPa 이상의 고강도 강재를 사용하는 경우에도 강재의 강도를 충분히 활용 가능하여 우수한 구조성능을 나타낼 수 있다[1].
대형 부재의 단면적을 줄이고 사용면적을 확보하기 위한 방법으로 어떤 것이 있는가? 최근 건축물의 초고층화 · 대형화 추세에 따라 주요 기둥부재와 대각 가새부재 그리고 부가적인 횡력저항 시스템인 아웃리거와 벨트트러스 부재에 과도한 응력발생 및 변위제어의 목적으로 대형 단면이 사용되고 있다. 이러한 대형 부재의 단면적을 줄이고 사용면적을 확보하기 위하여 고강도 강재와 고강도 콘크리트의 사용하는 방안과 이 두 재료의 합성작용을 통해 재료의 성능을 극대화 할 수 있는 방안으로 합성구조의 적용이 증가하고 있다. 이러한 고강도 재료를 적용한 합성구조로 철골철근콘크리트(SRC: Steel and Reinforced Concrete) 기둥과 콘크리트충전강관 기둥(CFT: Concrete-Filled Steel Tube Column)이 주로 사용되고 있다.
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참고문헌 (21)

  1. 김창수, 박홍근, 최인락, 정경수, 김진호(2010) 800MPa 강재 및 100MPa 콘크리트를 적용한 매입형 합성기둥의 구조성능, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제22권, 제 5호, pp.497-509. Kim, C.S., Park, H.G., Choi, I.R., Chung, K.S., and Kim, J.H. (2010) Structural perfor- mance of concrete-encased steel columns using 800MPa steel and 100MPa concrete, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 22, No. 5, pp.497-509 (in Korean). 

  2. Uy, B. (2001) Strength of short concrete filled high strength steel box columns, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 57, pp.113-134. 

  3. Mursi, M. and Uy, B. (2004) Strength of slender concrete filled high strength steel box columns, Journal of constructional Steel Research, Vol. 60, No. 12, pp.1825-1848 

  4. Varma, A.H., Ricles, J.M., Sause, R., and Lu, L.W. (2002) Experimental behavior of high strength square concrete-filled steel tube columns, Journal of Structural Engineering, Vol. 128, No. 3, pp.309-318. 

  5. Varma, A.H., Ricles, J.M., Sause, R., and Lu, L.W. (2004) Seismic behavior and design of high-strength square concrete-filled steel tube beam columns, Journal of Structural Engineering, Vol. 130, No. 2, pp.169-179. 

  6. Fujimoto, T., Mukai, A., Nishiyama, I., and Sakino, K. (2004) Behavior of eccentrically loaded concretefilled steel tubular columns, Journal of Structural Engineering, Vol. 130, No. 2, pp.203-212 

  7. Inai, E., Mukai, A., Kai, M., Tokinoya, H., Fukumoto, T., and Mori, K. (2004) Behavior of concrete-filled steel tube beam columns, Journal of Structural Engineering, Vol. 130, No. 2, pp.189-202. 

  8. 정경수, 이세정, 김우재, 김진호(2010) 고강도 콘크리트 충전 각형강관 부재의 휨성능에 관한 실험적 연구, 대한건축학회논문집(구조계), 대한건축학회, Vol. 26, No. 8, pp.55-62. Chung, K.S., Lee, S.J., Kim, W.J., and Kim, J.H. (2010) Experimental study on the structural behavior of high strength concrete-filled square steel tube subjected to flexural loading, Journal of Architectural Institute of Korea, AIK, Vol. 26, No. 8, pp.55-62 (in Korean). 

  9. Chung, K.S, Kim, J.H., and Yoo, J.H. (2012) Prediction of hysteretic behavior of high-strength square concrete-filled steel tubular columns subjected to eccentric loading, International Journal of Steel Structures. Vol. 12, No. 2, pp.243-252. 

  10. Lu, X., Zou, Y., Lu, W., and Zhao, B. (2007) Shaking table model test on Shanghai World Financial Center Tower, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Vol. 36, No. 4, pp.439-457 

  11. 한국표준협회(2011) 건축구조용 고성능 압연강재, KS D 5994. Korean Agency for Technology and Standards (2011) High-performance rolled steel for building structures, KS D 5994 (in Korean). 

  12. American Welding Society (AWS) (2010) Structural welding code-Steel, AWS D1.1/D1.1M-2010, Miami 

  13. 한국강구조학회(2012) 강구조공사 표준시방서, 구미서관. Korean Society of Steel Construction (KSCE) (2012) Standard specification for steel construction, Goomi book (in Korean). 

  14. 한국표준협회(2003) 금속재료인장시험방법, KS B 0802. Korean Agency for Technology and Standards (2003) Method of tensile test for metallic materials, KS B 0802 (in Korean). 

  15. American Welding Society (AWS) (2010) Specification for low-alloy steel electrodes for flux cored arc welding, AWS A5.29/A5.29M-2010, Miami 

  16. 한국표준협회 (2010) 콘크리트 압축 강도 시험방법, KS F 2405. Korean Agency for Technology and Standards (2011) Standard test method for compressive strength of concrete, KS F 2405 (in Korean). 

  17. 대한건축학회(2009) 건축구조 설계기준 및 해설(KBC 2009), 기문당. AIK (2009) Korea building code and commentary - structural, Architectural Institute of Korea (in Korean). 

  18. American Institute of Steel Construction (AISC) (2010) Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 360-10, Chicago. 

  19. American Concrete Institute (ACI) (2007) Building code requirements for structural concrete (ACI 318M-08) and Commentary, ACI Committee 318, Farmington Hills. Mich 

  20. European Committee for Standardization (CEN) (2004) Design of composite steel and concrete structures-part 1-1 : General rules and rules for buildings, BS EN 1994-1-1:2004, CEN, Brussels, Belgium 

  21. European Committee for Standardization (CEN) (2005) Design of steel structures-part 1-1: General structural rules, BS EN 1993-1-1:2001, CEN, Brussels, Belgium. 

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